《考慮土應力狀態與溫度效應的CPTU離散元數值模擬研究》是依託東南大學，由吳愷擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：考慮土應力狀態與溫度效應的CPTU離散元數值模擬研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳愷
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
隨著我國大型土建工程與地熱能源工程的快速發展，岩土參數的正確取值對土建工程的重要價值日益突顯，然而土應力狀態與溫度效應對原位CPTU岩土測試參數的影響機理仍不明確，影響了相關工程項目的進程。本課題針對提高CPTU測試精度的關鍵科學問題，採用離散元數值模擬的技術手段，對CPTU貫入土體過程進行模擬研究，分別建立砂土顆粒材料與黏土顆粒材料的顆粒接觸模型，研究正常固結土、超固結土、欠固結土在貫入過程中土顆粒間的接觸力傳遞與應力分布情況；提出熱力耦合接觸模型，探明地溫梯度對土體力學屬性與熱物性參數的變化情況，闡明土應力狀態與溫度條件對CPTU測試參數精度的影響規律，並提出提高CPTU測試精度的方法。研究成果不僅可以完善多功能CPTU技術的測試理論，還可以為地基工程提供理論支持與技術指導。
結題摘要
CPTU是進行原位岩土參數測試的重要技術手段，但是CPTU在地溫影響下的貫入機理仍不明確。本項目對土應力狀態與溫度效應下的CPTU貫入機理進行研究，採用離散元數值模擬的手段，建立了CPTU貫入砂土的離散元數值模型，製備了不同圍壓，k0值，超固結比，孔隙比等狀態的土體試樣，研究了不同應力狀態的土體試樣的抗剪強度，分析了不同應力狀態土層對CPTU實測參數的影響規律，總結了土體抗剪強度與CPTU貫入參數間的內在聯繫，闡明了CPTU貫入過程中顆粒間接觸力的傳遞現象，以及顆粒介質位移場、速度場的變化情況，提出了根據土抗剪強度推算CPTU錐尖阻力的經驗公式。採用顆粒細化法，在減少計算顆粒數量的基礎上，提高了運算效率，解決了顆粒與CPTU錐頭尺寸比以及標定罐尺寸與CPTU錐頭尺寸比不能同時滿足要求的難題。同時建立了熱力耦合離散元顆粒接觸模型，闡明了土顆粒間熱傳導規律與顆粒動能熱能轉化原理，分析了土熱物性參數對土體傳熱機制的影響規律，明確了土體初始溫度，比熱容，熱傳導係數，熱膨脹係數等土體熱物性參數對熱能在土體間的傳遞效率的影響規律，通過模擬CPTU貫入製備好的不同溫度試樣，開展了溫度對CPTU貫入過程中錐尖阻力與側壁摩擦力的工作原理，揭示了地溫梯度影響對土體微觀結構與巨觀力學特性的影響規律，闡明了CPTU貫入過程中土顆粒間的強弱力鏈的分布情況，多尺度研究溫度梯度影響的下天然沉積黏土微觀結構與巨觀力學特性的變化規律。
